1、某國炮彈試射的炸膛事故 引例引例 產(chǎn)品失效的后果是引發(fā)事故，甚至重大或災難性的事故，造成生命財產(chǎn)的巨大損失。 美國挑戰(zhàn)者號航天飛機第10次飛行故障。航天飛機起飛1分鐘后爆炸，這次爆炸使航天飛機頃刻之間化為灰燼，機毀人亡，7名宇航員全部遇難。事故原因是右側(cè)固體火箭助推器尾部連接處的密封墊圈失效。 19861986年年1 1月月2828日失事日失事 1979年年9月月7日我國某電化廠氯氣車間日我國某電化廠氯氣車間的液氯瓶爆炸，使的液氯瓶爆炸，使10t氯液外溢擴散，氯液外溢擴散，波及范圍達波及范圍達7.35平方公里，致使平方公里，致使59人人死亡，死亡，779人中毒，直接損失達人中毒，直接損失達63

2、萬元。萬元。 1972年年10月，一輛由齊齊哈爾開往富月，一輛由齊齊哈爾開往富拉爾基的公共客車，行使至嫩江大橋拉爾基的公共客車，行使至嫩江大橋時因過小坑受到震動，前軸突然折斷，時因過小坑受到震動，前軸突然折斷，致使客車墜入江中，造成致使客車墜入江中，造成28人死亡。人死亡。 機械產(chǎn)品失效分析是一門新的跨學科的綜合性技機械產(chǎn)品失效分析是一門新的跨學科的綜合性技術(shù)。它研究失效的形式、機理，并提出預測和預術(shù)。它研究失效的形式、機理，并提出預測和預防失效的措施。防失效的措施。 失效分析涉及學科領(lǐng)域廣：機械設計，工藝學，失效分析涉及學科領(lǐng)域廣：機械設計，工藝學，材料學，無損檢測，工程力學，斷口學，斷裂力

3、材料學，無損檢測，工程力學，斷口學，斷裂力學，腐蝕化學，摩擦學，質(zhì)量管理等等。學，腐蝕化學，摩擦學，質(zhì)量管理等等。 掌握各種工程材料的特性，正確地選擇和使用材掌握各種工程材料的特性，正確地選擇和使用材料是從事機械設計與制造的工程技術(shù)人員的基本料是從事機械設計與制造的工程技術(shù)人員的基本要求，因為選材是否合理直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和要求，因為選材是否合理直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。大量事實證明許多機器的重大質(zhì)量事經(jīng)濟效益。大量事實證明許多機器的重大質(zhì)量事故也都來源于選材問題，因此掌握選材方法的要故也都來源于選材問題，因此掌握選材方法的要領(lǐng)，了解正確選材的過程是十分必要和有實際意領(lǐng)，了解正確選材的過程

4、是十分必要和有實際意義的。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，選材工作正向科學義的。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，選材工作正向科學化和規(guī)范化發(fā)展?；鸵?guī)范化發(fā)展。 l1）斷裂被動軸（四段）。）斷裂被動軸（四段）。l2）7224軸承滾子軸承滾子1個，個，42224軸承滾子軸承滾子2個。個。l3）該輪設計計算書）該輪設計計算書1份。份。l4）該軸冷、熱加工工藝。熱處理工藝為：）該軸冷、熱加工工藝。熱處理工藝為：850淬火（油冷），淬火（油冷），150回火回火3小時，熱處理后硬度規(guī)定為：小時，熱處理后硬度規(guī)定為：HB444321。l5）該軸裝配及零件圖紙）該軸裝配及零件圖紙2張。張。1. 被動軸斷裂失效分析被動軸斷裂失效分析

5、 1.2 觀察與分析觀察與分析 1.2.1 化學成份分析化學成份分析在已斷裂的被動軸上取樣，經(jīng)化學分析其成份如下：在已斷裂的被動軸上取樣，經(jīng)化學分析其成份如下： CSiMnPSCrNi0.230.360.38/0.0111.253.45 上述分析結(jié)果與上述分析結(jié)果與 GB307782 中的中的 20Cr2Ni4A 鋼的化學成份鋼的化學成份相符，該軸選材符合圖紙（相符，該軸選材符合圖紙（321.16.017）技術(shù)要求。）技術(shù)要求。 圖圖4.1 被動軸的顯微組織光學照片被動軸的顯微組織光學照片 500 a) 內(nèi)表面附近區(qū)域；內(nèi)表面附近區(qū)域； b）中間區(qū)域）中間區(qū)域1.2.2 顯微組織分析顯微組織分

6、析 光學顯微鏡的觀察結(jié)果表明，該軸的顯微組織比較均勻，從鈾的外表面光學顯微鏡的觀察結(jié)果表明，該軸的顯微組織比較均勻，從鈾的外表面至內(nèi)表面均為回火馬氏體組織。圖至內(nèi)表面均為回火馬氏體組織。圖2a、b分別為該軸橫截試樣內(nèi)表面附近分別為該軸橫截試樣內(nèi)表面附近和中間區(qū)域處的顯微組織光學照片。這種板條馬氏體經(jīng)過掃描電鏡觀察和中間區(qū)域處的顯微組織光學照片。這種板條馬氏體經(jīng)過掃描電鏡觀察得到進一步證實，見圖得到進一步證實，見圖3a和和b。 a)b)圖圖4.2 該被動軸的顯微組織掃描電鏡照片該被動軸的顯微組織掃描電鏡照片 1200 a)b)1.2.3 機械性能測試機械性能測試1、硬度、硬度測試該軸的硬度在徑向

7、上的分布，其結(jié)果如下：測試該軸的硬度在徑向上的分布，其結(jié)果如下： 硬度測試結(jié)果表明，硬度在該軸徑向分布較均勻，硬度值均符合圖紙技術(shù)要求硬度測試結(jié)果表明，硬度在該軸徑向分布較均勻，硬度值均符合圖紙技術(shù)要求(321.16.017中規(guī)定中規(guī)定)。軸承滾子硬度測試結(jié)果如下：。軸承滾子硬度測試結(jié)果如下：滾子類型滾子類型硬度值硬度值(HRC)平均值平均值(HRC)722463.062.561.562.561.562.24222461.561. 061. 060. 562. 061. 22、強度指標、強度指標 b1790MPa s1280MPa 10.8%3、韌性指標、韌性指標 ak5.15kgm/cm2距

8、外表面徑向距離距外表面徑向距離(mm)2.07.013.019.524.529.033.0硬硬 度度(HRC)46.546.546.547.047.046.045.0相相 當當 于于(HB)439439439445445433422圖圖4.3 該軸斷裂后經(jīng)拼合的全貌該軸斷裂后經(jīng)拼合的全貌 4、斷裂與斷口分析、斷裂與斷口分析 1）斷裂分析）斷裂分析圖圖4是此軸斷裂后經(jīng)拼合的全貌照片，整個軸已斷裂為四段?？梢园l(fā)現(xiàn)，該是此軸斷裂后經(jīng)拼合的全貌照片，整個軸已斷裂為四段?？梢园l(fā)現(xiàn)，該軸動力輸入端部分曾因承受異常載荷而發(fā)生嚴重扭曲，這說明該軸在斷裂前軸動力輸入端部分曾因承受異常載荷而發(fā)生嚴重扭曲，這說明該

9、軸在斷裂前已發(fā)生明顯的塑性變形，見圖已發(fā)生明顯的塑性變形，見圖4.3。圖圖4.4 該軸動力輸入端花鍵部分的扭曲變形該軸動力輸入端花鍵部分的扭曲變形 圖圖4.5 沿螺旋面擴展而形成的斷口沿螺旋面擴展而形成的斷口 圖圖4.6 該軸安裝軸承處的軸外表面的擠壓傷痕該軸安裝軸承處的軸外表面的擠壓傷痕 2) 斷口分析斷口分析由斷口的宏觀照片（圖由斷口的宏觀照片（圖4.7 和和4.8 ）可見，斷口呈現(xiàn)明顯的放射狀條紋，且）可見，斷口呈現(xiàn)明顯的放射狀條紋，且快速擴展區(qū)的斷口比較粗糙，見圖快速擴展區(qū)的斷口比較粗糙，見圖4.9 。根據(jù)放射狀條紋的走向，最后確定裂。根據(jù)放射狀條紋的走向，最后確定裂紋起源于油孔與軸外

10、表面的交角處，見圖紋起源于油孔與軸外表面的交角處，見圖4.10和圖和圖4.7、4.8。由圖。由圖4.10可見，斷可見，斷口上有兩個裂紋源，它們分別位于油孔的兩側(cè)。裂紋由此兩處啟裂，繼而沿螺口上有兩個裂紋源，它們分別位于油孔的兩側(cè)。裂紋由此兩處啟裂，繼而沿螺旋面分別向兩側(cè)擴展，直至最后斷裂成四段。旋面分別向兩側(cè)擴展，直至最后斷裂成四段。 圖圖4.7 斷口的宏觀照片斷口的宏觀照片 圖圖4.9 斷口的宏觀照片斷口的宏觀照片 圖圖4.10 斷口的宏觀照片斷口的宏觀照片 圖中注示處為啟裂點圖中注示處為啟裂點(裂紋源裂紋源) 圖圖4.8 斷口的宏觀照片斷口的宏觀照片 在裂紋源附近可以觀察到較小的平滑區(qū)域。

11、經(jīng)掃描電鏡高倍觀察，發(fā)在裂紋源附近可以觀察到較小的平滑區(qū)域。經(jīng)掃描電鏡高倍觀察，發(fā)現(xiàn)在裂紋源附近區(qū)域有疲勞條紋，見圖現(xiàn)在裂紋源附近區(qū)域有疲勞條紋，見圖4.11。在遠離裂紋源處的斷口。在遠離裂紋源處的斷口主要以韌窩型為主，參見圖主要以韌窩型為主，參見圖4.12。 圖圖4.11 裂紋源附近區(qū)域斷口的疲勞條紋（裂紋源附近區(qū)域斷口的疲勞條紋（SEM照片）照片）a 2400b 3600圖圖4.12 快速擴展區(qū)的韌窩型斷口（快速擴展區(qū)的韌窩型斷口（SEM照片）照片）600ab結(jié)結(jié) 論論 1. 根據(jù)計算，能使被動軸動力輸入端花鍵部分產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)根據(jù)計算，能使被動軸動力輸入端花鍵部分產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)塑性變形的最小扭矩應當

12、為：塑性變形的最小扭矩應當為：21000kgm，此為設計力矩，此為設計力矩（4744kgm）的）的4.4拖倍。因此，斷裂前輸入端花鍵部分拖倍。因此，斷裂前輸入端花鍵部分發(fā)生塑性變形說明該軸承受了異常的突加載荷。超載導發(fā)生塑性變形說明該軸承受了異常的突加載荷。超載導致被動軸斷裂，這是本次事故的主要原因。致被動軸斷裂，這是本次事故的主要原因。2. 經(jīng)分析測試，該軸用材的化學成份及熱處理后的硬度經(jīng)分析測試，該軸用材的化學成份及熱處理后的硬度均符合生產(chǎn)圖紙（均符合生產(chǎn)圖紙（32.16.017）技術(shù)要求。）技術(shù)要求。3. 在裂紋啟裂點附近有疲勞區(qū)，但根據(jù)斷裂前花健部分在裂紋啟裂點附近有疲勞區(qū)，但根據(jù)斷裂

13、前花健部分的塑性變形可以判斷，此疲勞裂紋尚未達到該輪在正常的塑性變形可以判斷，此疲勞裂紋尚未達到該輪在正常運行條件下發(fā)生失穩(wěn)擴展的臨界尺寸。運行條件下發(fā)生失穩(wěn)擴展的臨界尺寸。 結(jié)論結(jié)論 4. 此被動軸斷裂為四段是一次性斷裂所致。此被動軸斷裂為四段是一次性斷裂所致。5. 至于超載的原因，根據(jù)現(xiàn)有的分析結(jié)果及資料，尚無至于超載的原因，根據(jù)現(xiàn)有的分析結(jié)果及資料，尚無法給出唯一的結(jié)論，但可以得出如下兩個推斷。法給出唯一的結(jié)論，但可以得出如下兩個推斷。（l）被動軸外表面的擠壓傷痕（見圖）被動軸外表面的擠壓傷痕（見圖8）恰好位于裝配）恰好位于裝配7224和和42224軸承的軸肩處由此可以認為，此傷痕是由于軸承的軸肩處由此可以認為，此傷痕是由于軸承破碎后擠壓造